新材料及其应用

本发明公开了一种改性磷酸锆-环氧纳米复合材料及其制备方法；该制备方法是：将插层剂、表面活性剂和溶剂混合，加入层状磷酸锆，振荡均匀，超声分散，得到剥离后的单层磷酸锆溶液；将单层磷酸锆溶液使用去剥离剂调节pH，离心，洗涤，倒掉上层清液；将磷酸锆与改性剂添加至溶剂中，在80～100℃温度下搅拌反应12-24h，洗涤、干燥后，得到改性磷酸锆；将改性磷酸锆用溶剂分散，与固化剂的乙醇溶液混合，加入环氧树脂，搅拌均匀，得到改性磷酸锆-环氧纳米复合材料；本发明改性后的磷酸锆-环氧纳米复合材料相比于环氧树脂，机械性能、防腐性能显著提升。

近年来，对无机层状化合物作为填料引入聚合物中的应用的关注逐渐增多，如蒙脱土、水滑石、层状磷酸锆等，无机层状化合物的引入使复合材料的热稳定性、机械性能、气体屏蔽性及阻燃性增强。然而，纳米尺寸无机化合物的易团聚性以及与聚合物的不相容性是限制其应用的两个主要方面。近年来在聚合物基质中实现纳米片的高度剥离已成为研究的主要焦点，而纳米片的纵横比对其在聚合物基质中的分散和剥离有很大影响，从而影响纳米复合材料的物理和机械性能特别是对阻隔性能、模量和强度。对于应用最为广泛的MMT、水滑石或其他天然层状化合物，受到粘土颗粒固有性质的限制，控制其纵横比较困难，剥离后的粘土纳米片的纵横比仅为约80-200。

磷酸锆类化合物是近些年发展起来的一种新型多功能的介孔材料，离子交换容量(600mmol/100g)大约是黏土的6倍，磷酸锆属于单斜晶系，其结构由ZrO6八面体与HPO4四面体通过交替链接的方式构成层状化合物，磷酸锆具有以下特点：易制备，纵横比易控制，耐强酸和强碱，具有优良的热稳定性和力学性能，比表面积以及表面电荷密度大，可以发生离子交换反应，指向层内空间的O3P-OH基团中的羟基可以被其他官能团取代，通过此途径可以在磷酸锆中引入不同官能团，实现材料的改性。

本发明相对于现有技术具有如下的优点和有益效果：

1、本发明开发出一种温和的，不需要强碱环境，不需要有毒的有机小分子胺，而能够通过短时间超声的方式，实现高效剥离层状磷酸锆，剥离后的磷酸锆的存储稳定性高，体系的PH、离子强度、粒子表面电位等可以保持很长时间的恒定，方便对磷酸锆的进一步的功能化。另外，醇胺为商业化产品，其价格低廉，制备过程成熟，批次可控，因而剥离效果重复性高，再现性强。

2、本发明提供的一种去剥离剂处理方法，使更多地改性剂与磷酸锆结合，有效解决了改性剂反应程度不高的问题，有利于磷酸锆的功能化应用。

3、本发明提供的一种改性磷酸锆方法，改性剂为该复合材料的重量百分比的30-40％，改性磷酸锆-环氧纳米复合材料的机械性能和防腐性能显著提升。

4、本发明制备过程在常压下进行，工艺过程步骤少，制备周期短，设备简单，性能价格比优良，有工业化生产价值。